專(zhuān)利名稱：五氟乙烷和丙烷或異丁烷的共沸組合物或類(lèi)共沸組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氟代烴的混合物，更具體講，涉及含五氟乙烷和丙烷或異丁烷的恒沸點(diǎn)混合物。此等混合物可用作致冷劑、氣溶膠推動(dòng)劑、熱傳遞介質(zhì)、氣態(tài)介電體、滅火劑、用于聚烯烴或聚氨酯的發(fā)泡劑，以及用作動(dòng)力循環(huán)的工作流體。對(duì)于市售的二元共沸致冷劑R-502(致冷劑502)而言，本發(fā)明這些混合物是有希望的環(huán)境安全的替代品。
在70年代初期，人們開(kāi)始關(guān)注到同溫層的臭氧層(其提供防止紫外輻射線穿透地球大氣的保護(hù)作用)由于全囟代的氯氟烴的氯原子而趨于耗竭。所說(shuō)的這些氯氟烴是用作氣溶膠的推動(dòng)劑，泡沫塑料的發(fā)泡劑，致冷劑，以及清潔/干洗溶劑。按照臭氧耗竭理論，由于全囟代氯氟烴的高度化學(xué)穩(wěn)定性，這些化合物在地球大氣層中不會(huì)分解而到達(dá)同溫層，在那里慢速降解，釋放出氯原子，進(jìn)而與臭氧反應(yīng)。
所述的關(guān)注達(dá)到這樣的程度于1978年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)頒布禁令，禁止把全鹵代的氯氟烴作為氣溶膠推動(dòng)劑這種非必需的用途。這一禁令引致巨大變化，使得美國(guó)不再使用氯氟烴推動(dòng)劑(除去經(jīng)過(guò)豁免的用途之外)而改用普通烴類(lèi)推動(dòng)劑。然而，由于世界上其余地方并未與美國(guó)聯(lián)合實(shí)施此氣溶膠禁令，結(jié)果是在美國(guó)之外在氣溶膠中使用氯氟烴，全世界的氯氟烴總生產(chǎn)量并未持續(xù)下降。事實(shí)上，在過(guò)往幾年中，全世界的氯氟烴生產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)1978年美國(guó)實(shí)施禁令以前的產(chǎn)量。
在1978-1987年間，關(guān)于臭氧耗竭理論作了大量研究。由于大氣化學(xué)的復(fù)雜性，關(guān)系到此一理論的許多問(wèn)題仍未有答案。然而，假定此一理論可以成立，則由于臭氧層耗竭所帶來(lái)的對(duì)健康危害性是很大的。由此，再加之氯氟烴的全世界產(chǎn)量在增多，使得國(guó)際上在努力減少使用氯氟烴。1987年9月，聯(lián)合國(guó)的環(huán)境規(guī)劃組織(UNEP)發(fā)布一項(xiàng)臨時(shí)性建議，要求到1998年，全世界的全鹵代氯氟烴的產(chǎn)量減少50%。此一建議于1989年1月1日得到批準(zhǔn)，1989年7月1日起生效。
由于此一建議中要求諸如CFC-11、CFC-12和R-502等全囟代氯氟烴要減少供應(yīng)，亟需符合環(huán)境要求的替代品。
早在70年代初剛剛提出臭氧耗竭理論時(shí)，已經(jīng)知道在先前的全鹵代氯氟烴中引入氫可使其化學(xué)穩(wěn)定性大大下降。因此，這些不太穩(wěn)定的化合物預(yù)期將在大氣中降解，不會(huì)到達(dá)同溫層和臭氧層。在表1中列出一些全鹵代和部分鹵代烴的臭氧耗竭潛勢(shì)。還示出鹵代烴的地球溫暖潛勢(shì)數(shù)據(jù)(將紅外熱輻射反射回地球的潛勢(shì)，從而使地球表面溫度升高)。
表1臭氧耗竭和溫室潛勢(shì)致冷劑臭氧耗竭潛勢(shì)鹵代烴地球溫暖潛勢(shì)CFC-11(CFCl3) 1.0 1.0CFC-12(CF2Cl2) 1.0 3.0HFC-125(CF3CHF2) 0.0 0.58R-5020.234.0丙烷和異丁烷不含氯或溴，所以其臭氧耗竭潛勢(shì)是零。
單一氟代烴并且是環(huán)境安全物質(zhì)的數(shù)目是很有限的。若是給定的已知物料的混合物具有所要求的綜合性質(zhì)，也可以使用，然而，簡(jiǎn)單的混合物在致冷和其他設(shè)備的操作和設(shè)計(jì)中會(huì)有問(wèn)題，因?yàn)樵谄嗪鸵合喽紩?huì)發(fā)生組分分離。為避免組分分離，特別需要的是去發(fā)現(xiàn)新的共沸或恒沸點(diǎn)含氟烴混合物。這樣的混合物就不會(huì)有組分分離的問(wèn)題。
不利的是，正如本技術(shù)領(lǐng)域所公認(rèn)，并不能預(yù)見(jiàn)到共沸物的形成，這樣使得尋找具有所要求的綜合性質(zhì)的新的共沸組合物頗為復(fù)雜。
本發(fā)明涉及發(fā)現(xiàn)這樣的共沸或類(lèi)共沸組合物，其中包含有效量的五氟乙烷(HFC-125)和丙烷，或者有效量的五氟乙烷和異丁烷。界定本發(fā)明的方式之一是以各組分的重量百分率來(lái)表示。五氟乙烷和丙烷的共沸或類(lèi)共沸組合物含有約65-99%五氟乙烷和約1-35%丙烷，五氟乙烷和異丁烷的共沸或類(lèi)共沸組合物含有約90-99%(重量)五氟乙烷和約1-10%(重量)異丁烷。
界定本發(fā)明的另一方式是組合物中含有有效量的五氟乙烷和丙烷，或有效量的五氟乙烷和異丁烷，使得組合物的露點(diǎn)和泡點(diǎn)溫度相差小于或等于1℃。
界定本發(fā)明的又一方式是組合物中含有有效量的五氟乙烷和丙烷，或有效量的五氟乙烷和異丁烷，使得利用諸如蒸發(fā)或煮沸方法將其50%(重量)除掉后，其蒸汽壓與原來(lái)組合物蒸汽壓的差別小于10%。
本發(fā)明的組合物是恒沸點(diǎn)的共沸或類(lèi)共沸組合物或混合物，其中包含有效量的五氟乙烷(HFC-125)和丙烷，或者有效量的五氟乙烷和異丁烷。
界定本發(fā)明的方式之一是以各組分的重量%來(lái)表示。五氟乙烷和丙烷的恒沸點(diǎn)、共沸或類(lèi)共沸組合物含有約65-99%(重量)的五氟乙烷和約1-35%(重量)的丙烷。優(yōu)選的組合物含約75-99%(重量)五氟乙烷，約1-25%(重量)的丙烷。本發(fā)明的更優(yōu)選組合物是一種共沸物，其含有約79.4%(重量)五氟乙烷(CF3CHF2，沸點(diǎn)48.5℃)和約20.6%(重量)丙烷(CH3CH2CH3，沸點(diǎn)-42.1℃)，其75.6磅/平方英寸絕對(duì)壓的沸點(diǎn)為-14℃。
五氟乙烷和異丁烷的恒沸點(diǎn)、共沸或類(lèi)共沸組合物含有約90-99%(重量)的五氟乙烷和約1-10%(重量)的異丁烷。優(yōu)選的組合物含約94-99%(重量)五氟乙烷，約1-6%(重量)的異丁烷。本發(fā)明的更優(yōu)選組合物是一種共沸物，其含有約98.3%(重量)五氟乙烷(CF3CHF2沸點(diǎn)-48.5℃)和約1.7%(重量)異丁烷(CH3)3CH沸點(diǎn)-11.7℃其135.9磅/平方英寸絕對(duì)壓的沸點(diǎn)為11.7℃。
本技術(shù)領(lǐng)域公認(rèn)，一個(gè)組合物在特定壓力其露點(diǎn)和泡點(diǎn)溫度相差很小則表示該組合物是共沸物或類(lèi)共沸物。所謂小的差別是指露點(diǎn)和泡點(diǎn)的溫度差小于或等于1℃。意外的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該等組合物的組成遠(yuǎn)離HFC-125和丙烷以及HFC-125和異丁烷的真實(shí)共沸物組成的情況下，其露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度相差仍小于或等于1℃。
因此，本發(fā)明包括了具有效量HFC-125和丙烷的混合物或有效量HFC-125和異丁烷的混合物，并使該等組合物的露點(diǎn)與泡點(diǎn)相差小于或等于1℃。
本技術(shù)領(lǐng)域還公認(rèn)，正如US4810403所記載，該文作為本文的參考資料，一種混合物具備下述條件即為共沸物或類(lèi)共沸物當(dāng)混合物以諸如蒸發(fā)或煮沸方法將之除掉50%(重量)后，其蒸汽壓與原來(lái)蒸汽壓相差小于10%。所述蒸汽壓是按絕對(duì)單位度量，例如磅/平方英寸絕對(duì)壓、大氣壓、巴、乇、達(dá)因/平方厘米、毫米汞柱、英寸水柱以及本領(lǐng)域公知的其他等效方式。
因此，本發(fā)明包括這樣的具有效量的HFC-125和丙烷或有效量的HFC-125和異丁烷的混合物，當(dāng)該混合物以蒸發(fā)或煮沸方式除掉50%(重量)后，余下的混合物的蒸汽壓與原來(lái)混合物的蒸汽壓的相差為10%或更小。
就本發(fā)明目的而言，“有效量”的定義是，本發(fā)明混合物的各組分當(dāng)其混合后能形成共沸或類(lèi)共沸組合物情況下的每一組分的量。此一定義包括每一組分的量，該量可以因組合物所處的壓力而變化，只要在不同壓力條件下該共沸或類(lèi)共沸組合物仍然存在即可，只是壓力不同時(shí)，沸點(diǎn)不同。因此，所說(shuō)有效量包括這樣的量，例如以重量百分?jǐn)?shù)表示，即本發(fā)明的組合物在此處所述壓力以外的其他壓力條件下亦形成共沸或類(lèi)共沸組合物的每一組分的量。
在本文的討論中，共沸或類(lèi)共沸還意指基本上共沸或基本上恒沸點(diǎn)。換言之，這些術(shù)語(yǔ)的含義不僅包括上述的真實(shí)共沸物，也包括含相同組分但具不同比率，并且在其他溫度和壓力是真實(shí)共沸物的其他組合物;也包括這樣的等效組合物，它們是同一共沸物體系的一部分并且具有類(lèi)共沸物性質(zhì)。正如本技術(shù)領(lǐng)域所公認(rèn)，可以有一個(gè)范圍內(nèi)的含有與共沸物相同組分的組合物，它們不僅對(duì)致冷及其他用途具基本上等效的性質(zhì)，并且在恒沸點(diǎn)特性或在煮沸時(shí)不趨向分離或分餾方面具有與真實(shí)共沸組合物等效的性質(zhì)。
從功效來(lái)講，有可能為一個(gè)恒沸點(diǎn)混合物這樣規(guī)定特性，它們可因所選定的條件由數(shù)種標(biāo)準(zhǔn)之任一而出現(xiàn)多種的外表表示＊該組合物可以定義為A、B、C(D…)的共沸物，因?yàn)椤肮卜形铩边@一術(shù)語(yǔ)具確定性和限定性，并且需要有效量的A、B、C(D…)來(lái)形成此獨(dú)一的物質(zhì)組合物，其為一種恒沸點(diǎn)混合物。
＊本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，當(dāng)壓力不同時(shí)，給定共沸物的組成至少有一定程度的變化，并且壓力變化時(shí)，其沸點(diǎn)溫度至少有一定程度的變化。因此，A、B、C(D…)的共沸物代表一種獨(dú)一類(lèi)型的相互關(guān)系，但其組成卻因溫度和/或壓力而變化。所以，在定義共沸物時(shí)，常常用組成范圍，而不是固定的組成。
＊該組合物可以定義為A、B、C(D…)的特定重量百分率關(guān)系，或摩爾百分率關(guān)系，同時(shí)還承認(rèn)，這些具體數(shù)值只是表示一個(gè)特定的此種關(guān)系，而實(shí)際上，對(duì)于一個(gè)給定的共沸物，存在著一系列由A、B、C(D…)表示的關(guān)系，并且由壓力的影響而變化。
＊一種A、B、C(D…)的共沸物可以這樣表征即將該組合物定義為一種共沸物，其特征為在給定壓力有一沸點(diǎn)，從而給出識(shí)別的特征，而不必由具體的數(shù)字組成而不必要地限定本發(fā)明的范圍，其為由可得的分析儀器所限定，并且只是達(dá)到可得的分析儀器的精確度。
含有約65-99%(重量)HFC-125和約1-35%(重量)丙烷的二元混合物，以及含90-99%(重量)HFC-125和1-10%(重量)異丁烷的二元混合物，其所以表征為共沸或類(lèi)共沸物之處在于在此等范圍內(nèi)的混合物于恒定壓力時(shí)顯現(xiàn)實(shí)質(zhì)上恒定沸點(diǎn)。由于是實(shí)質(zhì)上恒沸點(diǎn)，該混合物在蒸發(fā)時(shí)沒(méi)有較大程度分離的趨向。在蒸發(fā)之后，在蒸汽組成和初始液相組成之間只有很小差別。此差別很小，以致認(rèn)為蒸汽和液的組成是實(shí)質(zhì)上相同的。因此，在此范圍之內(nèi)的任何混合物所顯現(xiàn)的性質(zhì)均表征為真實(shí)的二元共沸物。
本發(fā)明的共沸或類(lèi)共沸組合物可以由任何便利的方法制備，包括將具所需量的各組分混合或摻合到一起。優(yōu)選方法是將各組分稱重，然后在適當(dāng)容器中將它們混合。
下文示出闡明本發(fā)明的具體實(shí)施例。除另有說(shuō)明者外，所有百分率均按重量。不言而喻，此等實(shí)施例只是用于闡明，而非對(duì)本發(fā)明范圍的限定。
HFC-125和丙烷實(shí)例1對(duì)五氟乙烷和丙烷進(jìn)行了物相研究，改變組合物組成，同時(shí)測(cè)其恒溫-14℃的蒸汽壓。由測(cè)到的最高蒸汽壓證明出現(xiàn)共沸組合物，其鑒別數(shù)據(jù)如下·五氟乙烷＝79.4%，重量·丙烷＝20.6%，重量·蒸汽壓＝75.6磅/平方英寸，絕對(duì)壓，-14℃實(shí)例2本發(fā)明的新的共沸或類(lèi)共沸組合物具有比其每一組分都更高的蒸汽壓，并且其露點(diǎn)和泡點(diǎn)之間實(shí)質(zhì)上無(wú)溫度差。如本技術(shù)領(lǐng)域所公知，當(dāng)露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度相差很小，則為該混合物為類(lèi)共沸物的指示。
對(duì)于不同混合物的露點(diǎn)與泡點(diǎn)的研究表明，本發(fā)明的類(lèi)共沸混合物的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度相差，與一些已知的非共沸二元組合物的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度差相比，前者是非常小的，所述非共沸組合物例如50%+50%(重量)的五氟乙烷(HFC-125)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a);50%+50%(重量)的氯二氟甲烷(HCFC-22)和1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)。這些數(shù)據(jù)可以確認(rèn)本發(fā)明組合物的類(lèi)共沸物特性。
表2于14.696磅/平方英寸絕對(duì)壓力的溫度致冷劑組合物露點(diǎn)泡點(diǎn)△THFC-125+HFC-134a-30.5-35.75.2(50+50)HCFC-22+HCFC-142b-18.6-28.39.7(50+50)HFC-125+丙烷-50.6-49.80.8(99+1)HFC-125+丙烷-53.5-52.60.9(95+5)HFC-125+丙烷-53.8-54.30.5(95+10)HFC-125+丙烷-54.2-53.50.7(85+15)HFC-125+丙烷-54.3-54.30.0(79.4+20.6)HFC-125+丙烷-54.3-54.20.1(75+25)
約75-99%(重量)五氟乙烷和約1-25%(重量)丙烷的組合物，其常壓條件的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度相差小于1℃，表明此等組合物實(shí)質(zhì)上是恒沸點(diǎn)的。
按照本發(fā)明，更優(yōu)選的組合物是該共沸物，其含79.4%(重量)五氟乙烷和20.6%(重量)丙烷，其于75.6磅/平方英寸絕對(duì)壓的沸點(diǎn)為-14℃。
實(shí)例3對(duì)于本發(fā)明的共沸混合物、致冷劑502及五氟乙烷(HFC-125)比較了其致冷性質(zhì)。其致冷能力是以固定排量3.5立方英尺/分鐘的壓縮機(jī)為基準(zhǔn)。以下數(shù)據(jù)是以帶抽吸管路熱交換器的制冷循環(huán)為基礎(chǔ)。
表3致冷性能之比較HFC/丙烷(重量百分率)致冷劑混合物共沸物混合物502HFC-124(99.0/1.0)(79.4/20.6)(75.0/25.0)蒸發(fā)器溫度,°F-30.0-30.0-30.0-30.0-30.0蒸發(fā)器壓力,Psia24.0426.6827.6935.9635.70冷凝器溫度,°F115.0115.0115.0115.0115.0冷凝器壓力,Psia281.96327.50333.41321.30314.60返回氣體溫度,°F65.065.065.065.065.0壓縮機(jī)排出口,°F238.0223.1222.8210.2209.9性能系數(shù)1.891.691.701.962.00致冷能力,BTU/分鐘80.0179.4181.37107.20108.02此處所述致冷能力，是指每循環(huán)1磅致冷劑，在蒸發(fā)器中致冷劑的焓的變化，亦即單位時(shí)間在蒸發(fā)器中由致冷劑移走的熱量。
此處COP(性能系數(shù))指致冷能力對(duì)壓縮機(jī)作功的比率。這是對(duì)致冷劑能量效率的度量。
對(duì)于具如上典型條件的制冷循環(huán)而言，向HFC-125中加入丙烷，使COP和致冷能力都得到提高。還有，加入丙烷使壓縮機(jī)排出口溫度降低，這對(duì)于延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命很重要。以上結(jié)果表明，HFC-125和丙烷的混合物與單獨(dú)的HFC-125相比，對(duì)于致冷循環(huán)的致冷能力、能量效率和排氣溫度都有所改進(jìn)。
實(shí)例4對(duì)五氟乙烷和丙烷的物相研究，證明于25℃發(fā)生蒸汽損失時(shí)，其分餾作用和蒸汽壓變化都是最小。4種混合物的IQ(初始液體)，F(xiàn)Q(最終液體)，蒸汽組成(1至6)，蒸汽壓，與初始蒸汽壓比較的蒸汽壓變化示于表中。
表4樣品損失率組成%蒸汽壓蒸汽壓%(重量)變化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ090.010.0233.501086.313.7233.5021086.613.4233.10.232086.913.1232.60.443087.312.7231.90.754087.912.1231.01.165088.511.5229.91.5FQ5092.67.4229.91.5含90%HFC-125和10%丙烷的初始混合物具基本上恒沸點(diǎn)，并且當(dāng)50%蒸發(fā)之后，蒸汽壓變化為1.5%。此外，丙烷濃度是下降的，所以如果原始混合物是不可燃的，則該混合物將保持是不可燃的。
表5樣品損失率組成%蒸汽壓蒸汽壓%(重量)變化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ095.05.0224.301091.28.8224.3021091.78.3223.10.532092.27.8221.81.143092.87.2220.21.854093.66.4218.22.765094.45.6216.03.7FQ5097.32.7216.03.7含95%HFC-125和5%丙烷的初始混合物具基本上恒沸點(diǎn)，并且當(dāng)50%蒸發(fā)后，蒸汽壓變化只有3.7%。同樣，丙烷濃度是下降的，所以，如果原始混合是不可燃的，則該混合物將保持是不可燃的。
表6樣品損失率組成%蒸汽壓蒸汽壓%(重量)變化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ075.025.0236.101079.021.0236.1021078.921.1236.00.0432078.721.3235.90.0843078.521.5235.60.2154078.221.8235.30.34
65077.822.2234.90.51FQ5077.128.9234.90.51含75%HF-125和25%丙烷的初始混合物具基本上恒沸點(diǎn)，當(dāng)50%蒸發(fā)后，蒸汽壓變化只有0.5%。然而，丙烷濃度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，則在發(fā)生蒸汽漏出時(shí)該混合物可能變成可燃的。盡管此混合物可能是可燃的或可能變成為可燃的，它卻基本上是恒沸點(diǎn)的，從而可以有幾方面用途，如許可可燃性的致冷劑、氣溶膠推動(dòng)劑、熱傳遞介質(zhì)、氣態(tài)介電物質(zhì)、聚烯烴和聚氨酯的發(fā)泡劑，以及動(dòng)力循環(huán)的工作流體。
表7樣品損失率組成%蒸汽壓蒸汽壓%(重量)變化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ065.035.0232.4011075.724.3231.70.322075.224.8230.80.733074.625.3229.71.244073.826.2227.91.955072.627.4225.33.1FQ5052.447.6225.33.1含65%HFC-125和35%丙烷的初始混合物具基本上恒沸點(diǎn)，當(dāng)50%蒸發(fā)后，蒸汽壓變化只有3.1%。然而，丙烷濃度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，則在發(fā)生蒸汽漏出后，該混合物可能變成為可燃的。盡管此混合物可能是可燃的或可能變成為可燃的，它卻基本上是恒沸點(diǎn)的，從而可以有幾方面用途，如許可可燃性的致冷劑、氣溶膠推動(dòng)劑、熱傳遞介質(zhì)、氣態(tài)介電物質(zhì)、聚烯烴和聚氨酯的發(fā)泡劑，以及動(dòng)力循環(huán)的工作流體。
總結(jié)來(lái)講，從表4至表7的數(shù)據(jù)可以確定共沸或類(lèi)共沸組合物的存在，其實(shí)質(zhì)上由約65-99%(重量)的五氟乙烷和約1-35%(重量)的丙烷所組成，當(dāng)壓力調(diào)控至約約226±10磅/平方英寸絕對(duì)壓時(shí)，該組合物沸點(diǎn)約25℃。
HFC-125和異丁烷實(shí)例5對(duì)五氟乙烷和異丁烷進(jìn)行了物相研究，改變組合物組成，同時(shí)測(cè)其恒溫11.2℃的蒸汽壓。由測(cè)到的最高蒸汽壓證明出現(xiàn)共沸組合物，其鑒別數(shù)據(jù)如下·五氟乙烷＝98.3%，重量·異丁烷＝1.7%，重量·蒸汽壓＝135.9磅/平方英寸，絕對(duì)壓，11.2℃實(shí)例6HFC-125和異丁烷的新的共沸或類(lèi)共沸組合物其露點(diǎn)和泡點(diǎn)之間實(shí)質(zhì)上無(wú)溫度差。如本技術(shù)領(lǐng)域所公知，當(dāng)露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度相差很小，則為該混合物為類(lèi)共沸物的指示。
對(duì)于不同混合物的露點(diǎn)與泡點(diǎn)的研究表明，本發(fā)明的類(lèi)共沸混合物的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度相差，與一些已知的非共沸二元組合物的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度差相比，前者是非常小的，所述非共沸組合物例如50%+50%(重量)的五氟乙烷(HFC-125)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a);50%+50%(重量)的氯二氟甲烷(HCFC-22)和1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)。這些數(shù)據(jù)可以確認(rèn)本發(fā)明組合物的類(lèi)共沸物特性。
表8于14.696磅/平方英寸絕對(duì)壓力的溫度致冷劑組合物露點(diǎn)泡點(diǎn)△T
HFC-125+HFC-134a-30.5-35.75.2(50+50)HCFC-22+HCFC-142b-18.6-28.39.7(50+50)HFC-125+異丁烷-48.6-48.60.0(99+1)HFC-125+異丁烷-48.6-48.60.0(98.3+1.7)HFC-125+異丁烷-48.4-48.50.1(96+4)HFC-125+異丁烷-48.0-48.50.5(95+5)HFC-125+異丁烷-47.5-48.40.9(94+6)約94-99%(重量)五氟乙烷和約1-6%(重量)異丁烷的組合物，其常壓條件的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度相差小于1℃，表明此等組合物實(shí)質(zhì)上是恒沸點(diǎn)的。
按照本發(fā)明，更優(yōu)選的組合物是該共沸物，其含約98.3%(重量)五氟乙烷和約1.7%(重量)異丁烷，其于135.9磅/平方英寸絕對(duì)壓的沸點(diǎn)為11.2℃。
實(shí)例7對(duì)本發(fā)明的共沸混合物、致冷劑502及五氟乙烷(HFC-125)比較了其致冷性質(zhì)。其致冷能力是以固定排量3.5立方英尺/分鐘的壓縮機(jī)為基準(zhǔn)。以下數(shù)據(jù)是以帶抽吸管路熱交換器的制冷循環(huán)為基礎(chǔ)。
表9致冷性能之比較
HFC/異丁烷(重量百分率)HFC/異丁烷(重量百分率)致冷劑共沸物混合物混合物502HFC-125(98.3/1.7)(95.0/5.0)(90.0/10.0)蒸發(fā)器溫度,°F-30.0-30.0-30.0-30.0-30.0蒸發(fā)器壓力,Psia24.0426.6827.027.3325.81冷凝器溫度,°F115.0115.0115.0120.2118.8冷凝器壓力,Psia281.96327.5326.7309.5276.6返回氣體溫度,F65.065.065.065.065.0壓縮機(jī)排出口,F238.0223.1221.5215.5208.5性能系數(shù)1.891.691.701.791.95致冷能力,BTU/分鐘80.0179.4179.6082.6183.0此處所述致冷能力，是指每循環(huán)1磅致冷劑，在蒸發(fā)器中致冷劑焓變化，亦即單位時(shí)間在蒸發(fā)器中由致冷劑移走的熱量。
此處COP(性能系數(shù))是指致冷能力對(duì)壓縮機(jī)作功的比率。這是對(duì)致冷劑能量效率的度量。
對(duì)于具如上典型條件的致冷循環(huán)而言，向HFC-125中加入異丁烷，使COP和致冷能力都得到提高。還有，加入異丁烷使壓縮機(jī)排出口溫度降低，這對(duì)于延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命很重要。以上結(jié)果表明，HFC-125和異丁烷的混合物與單獨(dú)的HFC-125相比，對(duì)于制冷循環(huán)的致冷能力、能量效率和排氣溫度都有所改進(jìn)。
實(shí)例8對(duì)五氟乙烷和異丁烷的物相研究，證明于25℃發(fā)生蒸汽損失時(shí)，其分餾作用和蒸汽壓變化都是最小。3種混合物的IQ(初始液體)，F(xiàn)Q(最終液體)，蒸汽組成(1至5)，蒸汽壓，與初始蒸汽壓比較的蒸汽壓變化示于表中。
表10樣品損失率組成%蒸汽壓蒸汽壓%(重量)變化HFC-125異丁烷(PSIA)(%)IQ099.01.0199.501099.01.0199.5025099.01.0199.50FQ5099.01.0199.50含99%HFC-125和1%異丁烷的初始混合物具基本上恒沸點(diǎn)，并且當(dāng)50%蒸發(fā)之后，蒸汽壓變化為9%。此外，異丁烷濃度是恒定的，所以如果原始混合物是不可燃的，則該混合物將保持是不可燃的。
表11樣品損失率組成%蒸汽壓蒸汽壓%(重量)變化HFC-125異丁烷(PSIA)(%)IQ095.05.0198.201096.23.8198.2021096.13.9198.10.0532096.04.0198.00.143095.94.1197.90.1554095.84.2197.70.2565095.74.3197.50.35FQ5094.06.0197.50.35含95%HFC-125和5%異丁烷的初始混合物具基本上恒沸點(diǎn)，并且當(dāng)50%蒸發(fā)后，蒸汽壓變化只有0.35%然而，異丁烷濃度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，則在發(fā)生蒸汽漏出時(shí)，該混合物可能變成可燃的。盡管此混合物可能變成為可燃的，它卻基本上是恒沸點(diǎn)的，從而可以有幾方面用途，如許可可燃性的致冷劑、氣溶膠推動(dòng)劑、熱傳遞介質(zhì)、氣態(tài)介電物質(zhì)、聚烯烴和聚氨酯的發(fā)泡劑，以及動(dòng)力循環(huán)的工作流體。
表12樣品損失率組成%蒸汽壓蒸汽壓%(重量)變化HFC-125異丁烷(PSIA)(%)IQ090.010.0194.501094.25.8194.5021094.15.9194.10.232093.96.1193.60.543093.76.3193.00.854093.56.5192.21.265093.16.9191.11.7FQ5085.914.1191.11.7含90%HFC-125和10%異丁烷的初始混合物具基本上恒沸點(diǎn)，當(dāng)50%蒸發(fā)后，蒸汽壓變化只有1.7%。同樣，異丁烷濃度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，則在發(fā)生蒸汽漏出后，該混合物可能變成為可燃的。盡管此混合物可能是可燃的可能變成為可燃的，它卻基本上是恒沸點(diǎn)的，從而可以有幾方面用途，如許可可燃性的致冷劑、氣溶膠推動(dòng)劑、熱傳遞介質(zhì)、氣態(tài)介電物質(zhì)、聚烯烴和聚氨酯的發(fā)泡劑，以及動(dòng)力循環(huán)的工作流體。
總結(jié)來(lái)講，從表10至12的數(shù)據(jù)可以確定共沸或類(lèi)共沸組合物的存在，其實(shí)質(zhì)上由約90-99%(重量)的五氟乙烷和約1-10%(重量)的異丁烷所組成，當(dāng)壓力調(diào)控至約195±5磅/平方英寸絕對(duì)壓時(shí)，該組合物沸點(diǎn)約25℃。
HFC-125和丙烷或HFC-125和異丁烷的新的共沸或類(lèi)共沸混合物可應(yīng)用于制冷，即將混合物冷凝，然后在需冷卻的物體近旁使冷凝液汽化。
該等新的共沸或類(lèi)共沸混合物還可以用于產(chǎn)生熱量，即將該致冷劑于需加熱的物體近旁冷凝，其后再使致冷劑汽化。
使用共沸或類(lèi)共沸混合物可消除組分分餾和在系統(tǒng)操中輸送的困難，因?yàn)檫@些混合物基本上象單一物質(zhì)那樣操作。其中一些新的類(lèi)共沸物還具有實(shí)質(zhì)上不可燃的優(yōu)點(diǎn)。
該等新的共沸或類(lèi)共沸混合物與致冷劑502相比，前者的臭氧耗竭潛勢(shì)為零，后者為0.23。所述數(shù)據(jù)來(lái)自“ScientificAssessmentofStratosphericOzone，1989”，UNEO/WMOAFEASReport，1989年9月5日。
除制冷用途之外，本發(fā)明的新的恒沸點(diǎn)組合物可用作氣溶膠推動(dòng)劑、熱傳遞介質(zhì)、氣態(tài)介電物質(zhì)、滅火劑、聚烯烴和聚氨酯的發(fā)泡劑，以及作為動(dòng)力循環(huán)工作流體。
可以向HFC-125和丙烷的恒沸點(diǎn)混合物中加入其他組分而不改變其類(lèi)共沸性質(zhì)。這類(lèi)組分例如有氯二氟甲烷(HCFC-22)，1，2，2，2-四氟乙烷(HFC-134a)，1，1，2，2-四氟乙烷(HCFC-134)，1-氯-1，1，2，2-四氟乙烷(HCFC-124a)，1-氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)，1，1，1，2，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ca)，全氟環(huán)丙烷(FC-218)，二氟甲烷(HFC-32)，氟甲烷(HFC-41)，三氟甲烷(HFC-23)，1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，氟乙烷(HFC-161)。
在本發(fā)明的新的組合物中，可以為多種目的加入其他添加劑，如潤(rùn)滑劑、防腐蝕劑、穩(wěn)定劑、染料以及其他適用的物質(zhì)，條件是不得對(duì)該組合物的目的用途有不利影響。
權(quán)利要求
1.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其實(shí)質(zhì)上由約65-99%(重量)的五氟乙烷和約1-35%(重量)的丙烷所組成，當(dāng)壓力調(diào)控至約226磅/平方英寸絕對(duì)壓時(shí)，該組合物沸點(diǎn)約25℃。
2.權(quán)利要求1的共沸或類(lèi)共沸組合物，其實(shí)質(zhì)上由約75%(重量)的五氟乙烷和約25%(重量)的丙烷所組成。
3.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其實(shí)質(zhì)上由約79.4%(重量)的五氟乙烷和約20.6%(重量)的丙烷所組成，當(dāng)壓力調(diào)控至約75.6磅/平方英寸絕對(duì)壓時(shí)，該組合物沸點(diǎn)約-14℃。
4.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其實(shí)質(zhì)上由約90-99%(重量)的五氟乙烷和約1-10%(重量)的異丁烷所組成，當(dāng)壓力調(diào)控至約195磅/平方英寸絕對(duì)壓時(shí)，該組合物沸點(diǎn)約25℃。
5.權(quán)利要求4的共沸或類(lèi)共沸組合物，其實(shí)質(zhì)上由約94-99%(重量)的五氟乙烷和約1-6%(重量)的異丁烷所組成。
6.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其實(shí)質(zhì)上由約98.3%(重量)的五氟乙烷和約1.7%(重量)的異丁烷所組成，當(dāng)壓力調(diào)控至約135.9磅/平方英寸絕對(duì)壓時(shí)，該組合物沸點(diǎn)約11.2℃。
7.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其中包括有效量的五氟乙烷和丙烷，使得該組合物在常壓條件的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度的相差等于或小于1℃。
8.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其中包括有效量的五氟乙烷和異丁烷，使得該組合物在常壓條件的露點(diǎn)與泡點(diǎn)溫度的相差等于或小于1℃。
9.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其中包括有效量的五氟乙烷和丙烷，使得該組合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽壓與原來(lái)組合物的蒸汽壓相差為10%或更小。
10.權(quán)利要求9的組合物，其中該組合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽壓與原來(lái)組合物的蒸汽壓相差為4%或更小。
11.一種共沸或類(lèi)共沸組合物，其中包括有效量的五氟乙烷和異丁烷，使得該組合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽壓力與原來(lái)組合物的蒸汽壓相差為10%或更小。
12.權(quán)利要求11的組合物，其中該組合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽壓與原來(lái)組合物的蒸汽壓相差為2%或更小。
13.一種制冷的方法，包括將權(quán)利要求1-12中任一的共沸或類(lèi)共沸組合物冷凝，然后在需冷卻的物體的近旁使該組合物汽化。
14.一種產(chǎn)生熱量的方法，包括在需加熱的物體的近旁使權(quán)利要求1-12中任一的共沸或類(lèi)共沸組合物冷凝，然后在需冷卻的物體近旁使該組合物汽化。
15.一種制備泡沫聚合物的方法，包括利用有效量的權(quán)利要求1-12中任一的組合物作為發(fā)泡劑，由一種泡沫聚合物配方制劑所制成。
16.一種制備氣溶膠配制劑的方法，其中各有效成分與有效量的權(quán)利要求1-12中任一的共沸或類(lèi)共沸組合物在一個(gè)氣溶膠容器中混合。
全文摘要
披露了五氟乙烷丙烷或異丁烷所成的恒沸點(diǎn)共沸或類(lèi)共沸組合物，其可用作為致冷劑、氣溶膠推動(dòng)劑、熱傳遞介質(zhì)、氣態(tài)介電物質(zhì)、滅火劑、聚烯烴和聚氨酯的發(fā)泡劑、動(dòng)力循環(huán)工作流體。
文檔編號(hào)C07C19/08GK1069049SQ92105460
公開(kāi)日1993年2月17日 申請(qǐng)日期1992年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月3日
發(fā)明者M·B·希夫列特, 橫關(guān)昭道, H·J·博查特 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司